Гайсинська міська станція юних техніків

ЗЗСО І-ІІІ ступенів с. Степашки

Гайсинської місько\ ради

Діюча модель соленоїдного двигуна

Котик Максим, Поляцко Дмитро,

Мокеєв Леонід

учні 11 класу ЗЗСО І-ІІІ ст.с. Степашки

Гайсинської міської ради

Керівник: учитель фізики, астрономії, керівник гуртка « Основи візуального програмування»

Чмирьов Федір Миколайович

2025р.

Вступ

Вивчаючи на уроках фізики тему «Електромагнетизм», ми задумалися над тим, як можна використати енергію магнітного поля. Для цього нам довелося повторити основні факти, означення, формулювання, закони того матеріалу, який ми вивчили.

Як відомо, вчення про магнітне поле почалося розвиватися з дослідів Ерстеда, який виявив, що навколо мідного провідника, по якому тече електричний струм, існує магнітне поле. Це поле діє на магнітну стрілку змушуючи її відхилятися, намагаючись розташуватися перпендикулярно до провідника.

Рис. 1. Дослід Ерстеда.

Дослідження Ерстеда продовжив і розвинув далі Андре – Марі Ампер. Він дослідив взаємодію двох провідників розташованих паралельно по яким пропускали струм або в одному напряму, або в протилежних напрямах. В залежності від цього провідники або притягувалися, або відштовхувалися. Однак чіткого пояснення цим явищам Ампер дати не зумів.

Рис2. Дослід Ампера.

Пояснити взаємодію провідників зі струмом вдалося лише після того, як Майкл Фарадей створив теорію близькодії. За цією теорією взаємодія провідників з струмом здійснюється з певною швидкістю через магнітне поле.

Рис. 3. Теорія далеко дії та теорія далеко дії.

Було встановлено, що на провідник, виготовлений з немагнітного матеріалу, по якому тече струм , діє магнітне поле, змушуючи його відхилятися. Таким же чином магнітне поле діє і на постійний магніт.

А що буде, якщо ізольований мідний провідник намотати на циліндр із діелектричного матеріалу ( дерево, пластик та ін.) і під’єднати до джерела постійного струму? Навколо котушки виникне магнітне поле, яке за своїми характеристиками подібне до магнітного поля штабового магніту. Це поле теж діє на постійні магніти.

Рис. 4. Магнітне поле соленоїда і штабового магніту. Рис.5. Дія соленоїда на магніт.

Ми відшукали в Інтернеті інформацію про соленоїд.

Солено́їд (від грец. solen — трубка, eidos — вид) — фізичний прилад, котушка дроту, намотаного на циліндричну поверхню. Якщо довжина соленоїда більша від його діаметра, то при протіканні струму всередині котушки виникає однорідне магнітне поле спрямоване вздовж осі.

Для визначення полюсів соленоїда використовують правило правої руки.

Рис. 6. Правило правої руки.

Основна частина

Ми відшукали в Інтернеті, які матеріали необхідні для виготовлення моделі соленоїдного електродвигуна. Для реалізації проекту підготували:

• Мідний дріт (в ізоляції): для створення соленоїда.

• Джерело живлення (батарея 9В): для живлення електричного кола.

• Перемикач: для зручності вмикання та вимикання двигуна.

• Магніт: для взаємодії з сердечником.

• Основа (дерев'яна або пластикова платформа): для кріплення всіх елементів.

• Провідники: для з'єднання компонентів.

• Ізоляційна стрічка: для фіксації дротів.

• Паяльна кислота.

• Припій.

• Клей.

• Використані одноразові шприци: для виготовлення каркасу соленоїдів.

• Гвинти 3мм х 20мм .

З інструменту необхідно щоб були паяльник, пістолет для клею, знімач ізоляції, шуруповерт, ніж, ножиці.

Тож за роботу

Рис. 7. Виготовляємо каркаси для соленоїдів.

Рис. 8. Виготовлені каркаси для соленоїдів.

Далі за допомогою шуруповерта намотуємо на каркаси ізольований мідний дріт. Дріт закріплюємо ізоляційною стрічкою

.

Рис. 9. Намотка дроту на основу соленоїда.

Рис. 10. Виготовлені соленоїди.

Виготовили каркаси. На них за допомогою клею прикріпили соленоїди.

Рис. 11. Соленоїди на каркасах.

Наступним кроком було виготовлення таких деталей двигуна як « колінчатий вал», шатуни, маховик, стійки кріплення колінчастого вала.

Рис. 12-15. Деталі двигуна.

Наступним кроком було виготовлення плунжера. Для цього ми використали використані одноразові шприци на 5 куб. см. До поршнів приклеїли ніобієві магніти. До кінців поршня приклеїли виготовлені з пластика «вушка». Вони необхідні для з’єднання плунжера через маховик з колінчатим валом.

Рис.16. Плунжер в зборі.

Д алі все це змонтували за допомого клею, гвинтів на основі. Під’єднали через вимикач джерело струму на 9 вольт. Замкнули коло. Покрутивши маховик, запустили наш двигун. Він запрацював!

Рис. 17. Двигун в зборі. Рис. 18. Двигун працює.

Висновок

Чому ми навчилися працюючи над цим проектом? Що нового ми дізналися?

Ми дізналися як працює соленоїд.

Рис. 19. Схема роботи соленоїдного двигуна.

Коли електричний струм проходить через соленоїд, він створює потужне магнітне поле, яке притягує або відштовхує магнітний матеріал, тобто магнітний плунжер рухається всередині свого корпусу лінійно. Коли плунжер рухається вперед і назад, він створює механічний рух, який передається іншим механізмам. Соленоїдні магніти мають перевагу над звичайними постійними магнітами, оскільки їхній магнетизм можна вмикати або вимикати за потреби, видаляючи або вимикаючи електричний струм.

Ви можете регулювати силу магнітного притягання, збільшуючи або зменшуючи електричний струм. Крім того, напрямок магнітного поля котушки соленоїда можна змінювати на протилежний залежно від напрямку протікання струму через соленоїд.

Ми також поглибили знання про електромагнітне поле, зрозуміли яким чином виникає електромагнітне поле, як його можна застосувати в технічних пристроях , зокрема в соленоїдних двигунах.

Наш проєкт буде цінний для учнівської молоді, яка цікавиться технічним моделюванням.

Джерела :

1. Фізика. Рівень стандарту. Підручник для 11 класузакладів загальної середньої освіти. За редакцією Бар’яхтара В.Г. Довгого С.О. Харків. Видавництво «Ранок». 2019 .

2. Вікіпедія.

3. https://www.youtube.com/watch?v=-SfAoyTHoqo Як зробити циліндричний соленоїдний двигун за допомогою шприців.